抛物柱面天线凭借其独特优势在降雨雷达、对地观测等领域得到广泛应用,但现有可展开柱面天线存在结构单一、展开性能不佳等缺陷。因此,本文结合桁架折展机构质轻、易折叠、扩展性强等优点,提出了桁架式抛物柱面可展开天线结构方案,针对其结构设计、索网找形、力学性能及样机实验等内容进行了深入研究。设计桁架式抛物柱面天线由方形桁架和抛物柱面索网构成,采用扭簧-驱动索实施展开驱动。桁架作为天线的主要支撑结构和展开机构,由四边形折展单元串接而成。通过分析结构参数与天线基频、质量的关系优化杆件尺寸,并根据功能需求设计三向关节接头内装配同步齿轮保证展开同步性,五向关节接头内装配滑轮保证驱动索的平滑传动。建立桁架运动学模型,采用三次多项式规划天线匀加速-匀速-匀减速的展开过程,通过数值算例对结构的对称性以及展开过程中竖杆的运动关系进行分析。抛物柱面索网由柱向索与平面索网片交替连接构成,平面索网片通过竖索张拉构成对称抛物线形,该连接方式有效降低了平面索网片间的耦合,便于形面精度的调整与保持。针对索网结构找形,一方面,采用等长直线逼近实现纯索网几何形状设计,结合奇异值分解和线性优化实现预紧力求解。另一方面,考虑桁架变形对索网形态的影响,采用ANSYS一阶优化算法实现形面精度和预紧力均匀性的双目标优化,优化后桁架变形降低69.86%,形面精度提高93.62%,预紧力均匀性提高47%。通过仿真技术对所提出结构的力学性能进行分析。首先,借助ADAMS对索网工作过程进行模拟仿真,结果表明各类索段经历松弛-拉伸-张紧过程后预紧力稳定在设定值,索网张紧形成抛物柱面。其次,通过ANSYS进行模态分析,得到天线基频为5.0925Hz,低阶模态表现为整体振动,高阶模态表现为局部索网振动。同时对影响固有频率的因素进行分析,得到改善天线振动频率的有效措施。为了验证本文所提天线结构方案的可行性,制作了尺寸为2054mm×1040mm×475mm的实验原理样机,测得样机折展比为8.40。基于固高控制器和安川电机搭建控制系统,并针对硬件电路和控制软件进行具体设计和开发。开展样机展开功能实验并测量驱动力,结果表明所提出天线结构设计可行、具备可展开性,但重力、摩擦等对样机的展开驱动具有严重影响。